UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS TRANSPOSIÇÃO DE SEDIMENTOS NOS PROMONTÓRIOS DA COSTA NORTE DA ILHA DE SANTA CATARINA GUILHERME VIEIRA DA SILVA ORIENTADOR – Prof. Dr. Elírio Ernestino Toldo Júnior CO-ORIENTADORES: Prof. Dr. Antônio Henrique da Fontoura Klein Prof. Dr. Andrew D. Short Prof. Dr. Colin Woodroffe Porto Alegre – 2016 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOCIÊNCIAS TRANSPOSIÇÃO DE SEDIMENTOS NOS PROMONTÓRIOS DA COSTA NORTE DA ILHA DE SANTA CATARINA GUILHERME VIEIRA DA SILVA ORIENTADOR – Prof. Dr. Elírio Ernestino Toldo Júnior CO-ORIENTADORES: Prof. Dr. Antônio Henrique da Fontoura Klein Prof. Dr. Andrew D. Short Prof. Dr. Colin Woodroffe BANCA EXAMINADORA: Prof. Dr. Antonio Fernando Härter Fetter Filho - Departamento de Geociências - Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC Prof Dr. Lauro Júlio Calliari - Instituto de Oceanografia - Universidade Federal do Rio Grande - FURG Prof. Dr. Wiliam Correa Marques - Instituto de Matemática, Estatística e Física - Universidade Federal do Rio Grande - FURG Tese de Doutorado apresentada como requisito parcial para a obtenção do título de Doutor em Ciências Porto Alegre – 2016 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Reitor: Carlos Alexandre Netto Vice-Reitor: Rui Vicente Oppermann INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS Diretor: André Sampaio Mexias Vice-Diretor: Nelson Luiz Sambaqui Gruber Silva, Guilherme Vieira da Transposição de sedimentos nos promontórios da costa norte da Ilha de Santa Catarina . / Guilherme Vieira da Silva. - Porto Alegre: IGEO/UFRGS, 2016. [130 f.] il. Tese (Doutorado).- Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Programa de Pós-Graduação em Geocências. Instituto de Geociências. Porto Alegre, RS - BR, 2016. Orientador(es):Elírio Ernestino Toldo Júnior Coorientador(es):Antonio Henrique da Fontoura Klein 1. Linha de costa 2. Modelagem numérica 3. Balanço Sedimentar 4. Transporte de Sedimentos I. Título. CDU 551.468.1 ___________________________________________________________ Catalogação na Publicação Biblioteca Instituto de Geociências - UFRGS Renata Cristina Grun CRB 10/1113 __________________________ Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Campus do Vale Av. Bento Gonçalves, 9500 - Porto Alegre - RS - Brasil CEP: 91501-970 / Caixa Postal: 15001. Fone: +55 51 3308-6329 Fax: +55 51 3308-6337 E-mail: [email protected] I Dedicatória À Aninha, minha esposa, com amor. II AGRADECIMENTOS Não se constrói uma tese de doutorado sozinho. Muita gente ajuda de diversas maneiras, seja inspirando, ensinando, compartilhando ideias, apoiando ou financiando. Por esse motivo, gostaria de registrar meus agradecimentos especiais aos que de alguma forma contribuíram para a conclusão desta tese: - À minha esposa e grande incentivadora. Obrigado por estares do meu lado e por me apoiares incondicionalmente. Eu te amo! - À minha família, em especial à minha mãe, meu pai, meus irmãos, meus avós e ao nino que me inspiraram, serviram de exemplo e deram forças para seguir a caminhada. Vocês são demais! - À querida família Polli que passou a ser minha também. Obrigado pelo apoio e acolhimento; - Ao professor Antônio Klein, que acompanho desde 2005, pelos ensinamentos, revisões e portas abertas; - Ao professor Elírio Toldo Jr., orientador de mestrado e doutorado e pela confiança e incentivo; - Ao professor Andrew Short por acompanhar esse trabalho desde o início dando sempre um excelente feedback, foi um prazer e uma honra tê-lo como meu co- orientador; - Ao professor Colin Woodroffe, ao pessoal do "coastal coffee" e aos pós graduandos da UOW por me receberem na Austrália, pelas conversas e ensinamentos; - À família Bonetti pela parceria na Austrália. Foi muito bom conviver com vocês (também) por lá. À Carla por toda a ajuda estatística e ao Jarbas pelas conversas e ideias; - Aos meus irmãos de Porto Alegre, em especial Gabriel e Miojo por me acolherem tantas vezes em suas casas. - Ao pessoal que ajudou nos trabalhos de campo: Cultura Subaquática, Charline Dalinghaus, Diego Porpilho, Maiara Werner, Paula Gomes, Rafael Sartori, vocês foram show! III - À Mariela Muller e ao Michel Franco pelo esforço no levantamento de dados e georreferenciamento das imagens aéreas; - Ao pessoal do LOC pelas trocas de ideias relacionadas (ou não) com a tese; - À galera da CB&I por todo o conhecimento que obtive no tempo que estive aí; - Aos pós-graduandos do CECO; - À CB&I, à CASAN e ao MMA - Fundo Clima por disponibilizarem dados utilizados nessa tese; - Projeto MMA-Riscos - Termo de cooperação MMA/UFSC: 010/2011- Contrato UFSC/FAPEU: 035/2012 - CNPq processos: 471879/2013-4, 400302/2012-8, 140738/2012-6 - CAPES processo BEX nº 5809/14-2 IV RESUMO Esta tese teve o objetivo de identificar e quantificar os processos geradores da transposição de sedimentos entre praias de enseada e propor um modelo conceitual da dinâmica sedimentar para o norte da Ilha de Santa Catarina, entre as praias arenosas de Santinho, Ingleses, Brava, Lagoinha, Ponta das Canas, Canasvieiras, Jurerê, Forte e Daniela. Para isso, foi dividida em três partes. Nos estudos geomorfológicos do sistema praial, na primeira parte, foram utilizadas imagens aéreas (1957, 1978, 1998, 2002 e 2010), levantamentos da linha de costa com RTK- GPS (2012) e topo-batimetria da área emersa e submesa adjacente, além de dados de maré. As imagens foram retificadas, as posições das linhas de costa foram vetorizadas e os erros do processo de retificação relacionados à maré foram calculados. Duas metodologias foram utilizadas: 1) método de regressão linear (tendências) e 2) distâncias Euclidianas em conjunto com análise ano-a-ano. Os resultados indicam o transporte entre as praias no sentido anti-horário, sendo este responsável pelo desenvolvimento de três pontais arenosos ao longo da área, possivelmente alimentados pelo transporte subaquoso de sedimentos das praias a barlamar. O pontal de Ponta das Canas controla a disponibilidade de sedimentos a sotamar. E, quando está se desenvolvendo atua como uma armadilha de sedimentos e as praias a sotamar regridem, quando o pontal se une à costa disponibilizando sedimento, as praias a sotamar progradam. Para a análise do balanço de sedimentos, na segunda parte, foram adquiridos dados de batimetria de detalhe, perfis de praia, transporte de sedimentos, ondas, correntes e marés. Os dados mostram que o volume de sedimentos trapeados decrescem em direção à porção protegida da área de estudo com distribuição de tamanho de grão compatível, suportando a hipótese de conexão entre as praias. Um modelo numérico foi configurado, calibrado e validado através de medições in situ. Três formulas de transporte de sedimentos foram testadas e comparadas com os dados medidos, e aquela que melhor reproduz o processo na área de estudo foi identificada. Ainda, foi realizada uma simulação anual com a intenção de identificar como e onde ocorre o transpasse de sedimentos. Os resultados indicam o sentido anti-horário de transporte na área de estudo. A terceira e última parte consistiu em estudar a contribuição das forçantes; marés, ventos e ondas na indução da transposição de sedimentos, gerando um modelo conceitual para o processo. Foram simulados 26 cenários incluindo diversas condições de marés, ventos e ondas. As ondas representam a principal forçante da transposição entre as praias estudadas, transportando sedimentos com taxas entre duas e três ordens de magnitude acima do transportado por marés ou vento. A transposição de sedimentos ocorre preferencialmente no sentido anti-horário, podendo ocorrer inversões dependendo das condições oceanográficas vigentes. Nas praias voltadas para leste a maior parte da transposição de sedimentos no sentido anti-horário ocorre sob condições de ondas entre sul e leste. Nas praias voltadas para norte, as ondas de nordeste ditam o transporte ao redor dos promontórios. Esta tese contribuiu para o entendimento da dinâmica sedimentar da costa norte da Ilha de Santa Catarina. Foi demonstrado e documentado que a transposição de sedimentos ocorre mesmo quando o padrão cíclico descrito na literatura não está presente. Além disso, foram identificadas as condições necessárias para que o processo ocorra, gerando um modelo conceitual para a área. A transposição de sedimentos é fundamental para o balanço sedimentar, destacando-se a importância da compreensão do todo ao invés de considerar praias de enseada como células fechadas. V ABSTRACT This thesis aims to identify and quantify of the process that generate headland sand bypassing, and in doing so develop a conceptual model of these process around the north coast of Santa Catarina island. The research project was divided into three parts: Part 1: Aerial images (1957, 1978, 1998, 2002 e 2010) and a RTK-GPS survey (2012) were used together with a topo-bathymetric data and a tide time-series. The images were rectified, the shoreline extracted and the rectification and tide-related errors were calculated. Two methods were used: 1) linear regression (general trend) and; 2) Euclidean distances together with a year-to-year analyzis. The results indicate the anticlockwise sediment transport which is also responsible for developing three spits along the study area, possibly nourished by the updrift beaches. Ponta das Canas spit, for example, controls the sediment availability of the downdrift areas. When it is growing it acts as a sediment trap and the downdrift areas retreat, when it merges to the coast it spreads the sediment towards the downdrift